频率域激电法
第四章频率域激发极化法
第四章 频率域激发极化法频率域激电法主要使用偶极装置。
我国常用的频率域视激电参数为视频散率 P s ；80 年 代初期，研制和引进了相位激电仪，开始在频率域激电法中研究新的参数——视相位φs ； 随后又研制和引进了频谱激电系统，使视复电阻率频谱r s (i w )成了新的研究对象。
下面分别 介绍这些参数的异常形态。
3.4.1 视频散率异常除在小比例尺普查找矿阶段使用单个或两个极距作偶极剖面观测外， 通常偶极—偶极装 置都采用多个极距的测量，即供电和测量偶极长度保持相同（AB =MN =a ），逐个改变偶极间 隔系数（一般 n=1，2，3，……，6）进行观测。
所以，偶极—偶极装置兼有剖面法和测深 法的双重性质，它的观测结果，除可绘制成剖面曲线外，更多地是表示为拟断面图。
图 3.4.1 给出了低阻水平、倾斜、垂直板状体和水平圆柱体上偶极装置的视频散率 P s 拟断面图。
模拟参数表明围岩是不极化的，而低阻极化体的频散率 P 2®100%。
从图 3.4.1 可看到，不同形状和产状的极化体上的 P s 拟断面图有很大差别：低阻水平板状极化体的 P s 拟断面图的高值等值线对称地位于极化体两侧下方，呈“八”字形分布。
当一个偶极（AB 或 MN ）位于远处，另一个偶极（MN 或 AB ）位于极化体正上方，对极化体水平极化（即沿延伸方向极化），可得到最大的激电异常。
低阻倾斜板状极化体的 P s拟断面图具有不对称形状， 主异常的倾斜方向与极化体的倾向相反，极化体位于主异常等值线簇的上端附近。
P s 异常极大点位于 极化体下盘。
这是因为该点图3.4.2 体极化球体上偶极装置的视相位φs 剖面曲线和拟断面图球体参数：r 0=5；h 0=6，ρ20=10Ω·m ，m 2=0.6，c 2=0.25，τ2=1s ；围岩参数：ρ10=10Ω·m ，m 1=0.04，c 1=0.25，τ1=0.1s ；偶极长度 a=2；频率 f =1Hz 。
频率域激电法应用
频率域激电法应用1.引言1.1 概述概述频率域激电法（Frequency Domain Electromagnetic Method）是一种非侵入性的地球物理勘探方法，通过测量地下电磁场的频率响应，来获取地下介质的相关信息。
频率域激电法广泛应用于矿产勘探、工程地质、环境地质等领域。
在频率域激电法中，通过将电磁驱动信号输入至地下，通过接收对应的电磁响应信号，可以获取地下介质的电磁特性参数。
这些电磁特性参数包括地下介质的电导率、磁导率等，并且这些参数与地下介质的物理性质密切相关。
与传统的直流激电法相比，频率域激电法具有诸多优势。
首先，频率域激电法能够提供更为丰富的地下信息，可以较为准确地刻画地下介质的电磁特性参数。
其次，频率域激电法具有较高的测量分辨率和深度探测能力，能够较为准确地确定地下界面和异常体的位置以及形态。
此外，频率域激电法还具有较好的时间效率和成本效益，适用于大范围的地质勘探工作。
因此，本文将主要探讨频率域激电法在地质勘探中的应用。
首先，将介绍频率域激电法的基本原理和测量方法，以及激电源和接收器的选择。
然后，将详细介绍频率域激电法在各个领域中的应用案例，包括矿产勘探、工程地质和环境地质等。
最后，将总结频率域激电法的优势，并展望其在未来的发展前景。
通过对频率域激电法的深入了解和应用，我们可以更好地了解地下介质的性质和结构，为矿产勘探、工程规划和环境评估等提供可靠的地质信息支持。
希望本文的讲解能够对读者对频率域激电法的理解和应用有所帮助，推动该方法在地球科学领域的进一步发展。
1.2文章结构文章结构部分的内容应该对读者介绍文章的组织结构和各个章节的主题。
下面是对文章结构部分的一个例子：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行介绍和探讨频率域激电法的应用。
首先，在引言部分概述了整篇文章的内容和目的，接着在正文部分讲解了频率域激电法的基本原理以及它在地质勘探中的应用。
最后，在结论部分对频率域激电法的优势进行了总结，并展望了它在未来的发展方向。
4激发极化法解析
第一节激发极化法基础
一、岩石和矿石的激发极化机理
（一）电子导体的激发极化机理 电子导体（包括大多数金属矿和石墨及其矿化岩石）的激发极化机理一般认 为是由于电子导体与其周围溶液的界面上发生过电位差的结果。 在一定的外电流作用下，“电极”和溶液界面上的双电层电位差相对平衡电 极电位之变化，在电化学中称为“过电位”或“超电压” 。
式中deltU2(T,t)是供电时间为T和断电后t时刻测得的二次电位差。 极化率是用百分数表示的无量纲参数。由于deltU2(T,t)和deltU （T）均与供电电流I成正比（线性关系），极化率是与电流无关 的常数。但极化率与供电时间T和测量延迟时间t有关，因此，当 提到极化率时，必须指出其对应的供电和测量时间T和t。为简单 起见，如不特加说明，一般便将极化率yita定义为长供电和无延 时的极限极化率。 U ( ) U (0) (T , t ) |T ,t 0 U ( )
s (T , t y )
U 2 (t y ) U (T ) 100% ms (T , t y t j / 2)
t y t j ty
U 2 (t ) dt U (T )
时间域激电法的观测仪器较易制造，而且由于通常是观测供电脉冲断 开几百毫秒之后的二次电位差，受电磁耦合的干扰较小，故工作方法和解 释理论都比较简单。但这种时间感观测仪器乃是宽通带的接收机，对大地 噪声、工业游散电流和极化不稳等的抗干扰能力差，加之待测的二次电位 差通常远比一次电位差小，为提高信噪比往往要求大功率供电，从而使这 种方法的装备十分笨重，生产效率较低、成本高。
时间域谱激电法：是既保持频谱激电法能获得丰富信息的优 点，又能提高生产效率的一种新方法。这种方法观测直流脉冲激 发下总场电位差的充电过程 ΔU(T)（次要的）和断电后二次电位 差的放电过程ΔU2(t)（主要的）。 根据时间特性和频率特性的等效性可知，时间域谱激电法能 获得频谱激电法同样的信息；而前者原则上讲只要作一次测量便 可获得所需的时间谱数据。由于微电子技术的发展，当代时间域 激电测量系统已能通过自动跟踪和补偿极化电位差、信号增强技 术和数字滤波等来有效地压制干扰，克服早期时间域测量的缺点， 使时间域谱激电测量成为可能。不过，目前时间域谱激电法还有 一些理论和技术问题有待研究和完善，可能还要经过几年才能成 熟。
双频激电法野外工作手册
第一章前言双频激电法是在何继善院士发明的双频激电仪的基础上发展起来的一种频率域激电法，该方法曾在有色、地质、石油、煤炭、冶金等系统得到广泛应用，在普查找矿工作中发挥了重要作用。
随着双频激电法在我国地质矿产普查领域的普及，根据国家地质调查局的意见，为了实施规范化管理，进一步提高双频激电法的找矿效果，特编写本工作手册。
本手册的部分数据是依据2000年及2001年双频激电示范区的工作，以S-2型双频激电仪为例，结合我们以前在实际应用中所取得的成果得来的。
1.1 双频激电法的应用范围随着双频激电法在全国有色金属系统、冶金系统、地质系统、化工系统、基建工程兵部队和水电系统等地质队、物探队的推广使用，应用地区遍及全国各地，其中包括气候恶劣、气温变化很大的新疆、青海、甘肃，气候潮湿的福建、广东、广西，地形起伏剧烈的云贵高原，天气寒冷的东北三省及风沙严重的内蒙地区。
矿种涉及锡、铜、铅、锌、钨、锑、金、银、锰、铁等金属矿产和硫、磷、硼、煤等非金属矿产，并能解决工程、水文地质问题。
1.2 工作设计的编写工作设计是保证完成工作任务的作战方案和措施，没有设计和设计未经上级主管部门审查批准不得施工。
一般临时性零星突击工作、方法试验及矿点踏勘检查可不编写设计。
在接到任务后，应进行现场踏勘，收集工作区的各种有关资料，结合现场实际情况，组织编写工作设计。
新测区和新矿种的设计由于物探资料较少，依据不够充分，应酌情在方法试验的基础上进行编写。
矿区外围及面积较大的普查、详查工作应编写总体设计，根据总体设计逐年编写年度工作设计。
设计一经审批，不得更改。
在施工中发现设计有不符合实际的地方，应由施工单位提出修改意见，报上级有关部门审批，未经批准不得任意更改。
工作设计书应由物探技术人员本着文字简练、图件准确美观精神编写，主要内容参照国家地质调查局有关文件。
附件3。
1.3 工作报告的编写工作报告是总结物探工作的地质效果，进一步指导找矿的重要资料，必须认真严肃编写。
频率域激电法
频率域激电法的应用
金属矿床勘探
频率域激电法能够有效地探测和定位金属矿床，尤其是导电性较好 的铜、铁等金属矿物。
解决地质问题
频率域激电法可以用来解决各种地质问题，如断层、破碎带、岩溶 等地质构造的探测，以及土壤污染调查和地下水研究等。
频率域激电法
目 录
• 引言 • 频率域激电法的基本原理 • 频率域激电法的测量系统 • 频率域激电法的应用实例 • 频率域激电法的优缺点分析 • 频率域激电法的发展趋势与展望
01 引言
背景介绍
频率域激电法是一种地球物理勘探方法，主要用于寻找金属矿床和解决地质问题。
它利用人工或天然电磁场在地下导电介质中产生的电化学作用，通过测量电场和电 流的分布来推断地下地质结构。
频率域激电法能够提供高分辨率的地质信息，有助于识别和区分不同 的地质构造和矿体。
抗干扰能力强
由于采用电磁波作为探测信号，频率域激电法不易受到地形变化、地 表覆盖物等因素的干扰，能够更好地反映地下电性分布。
信息量大
频率域激电法可以获取丰富的地质信息，包括电阻率、极化率、相位 差等参数，有助于更全面地了解地下地质情况。
操作简便
频率域激电法设备轻便，便于携带和移动，同时操作简便，降低了对 操作人员的技术要求。
缺点分析
成本较高
频率域激电法需要使用专业的仪器和设备，相对于其他物 探方法，其成本较高。
解释难度较大
频率域激电法的解释需要综合考虑多个参数和地质因素， 对于一些复杂的地质构造和异常体，其解释难度较大。
对环境要求高
工程地质勘查
在工程地质勘查中，频率域激电法可用于评估岩土体的工程性质，如 岩土体的稳定性、含水性等，为工程设计和施工提供依据。
第二章 频谱激电(复电阻率)法
ρ (iω ) = ρ 0{1 − m[1 −
1 1 + (iωτ )c
2.2.3 进行野外观测数据的处理和绘制相应的图件
数据处理： ： （1）数据转录：将野外观测数据录入计算机中，并按一定的格式分别写成数据 文件（C 文件——标定数据文件和 E 文件——实测数据文件）；进而将不同增益 挡的几个 C 文件组合在一起，形成 M 文件——标定文件。
98
（2）底数校正：用标定数据（M 文件）对实测数据（E 文件）进行仪器和观测 装置底数校正，校正后的结果记入 L 文件中。 （3）去藕校正：用两个 Cole-Cole 模型或改进的 Cole-Brown 模型拟和野外实测 数据，确定代表激电效应的视频谱参数： ：零频视电阻率ρs0，激电视充电率 ms， 即激电视极化率ηs，视时间常数τs 和视频率相关系数 cs；进而由经“去藕”分离 出的电磁效应， 获得两个新的电磁效应参数： 剩余电磁效应 （REM） 参数ϕm / ϕm0 和电磁视电阻率ρω。 图件绘制： ： （1）绘制频谱曲线图 （2）绘制小频谱图（按顺序将各测线、各测点和各电极距系数的小频谱曲 线绘出和排列在一起） （3）绘制拟断面图（通常，每条测线都绘制出上述六个参数的（共六幅） 拟断面图）
§2.1
频谱激电法的基本原理
频谱激电法 SIP（复电阻率法 CR）是用常规电阻率法的电极装置，在超低 频段上（f = 10-2 - n 102 Hz )，观测视复电阻率频谱：
∆U ρ s (iω ) = K % I
第三章 双频道激电的观测方法及其特点
时接收双频信号，自动计算并显示视幅频率和高频或低频电位差以及其它参数。普查时 采用的基本频率对为 0.3HZ 和 3.9Hz，必要时也可采用其它频率对。本方案的关键是同 时供双频电流并同时观测双频信号。
图 3.3 双道道观测方案示意图
S1 和 S2 型双频道数字激电仪是采用双频道观测方案的频率域激电仪。该仪器由我 国三明无线电二厂生产，已在全国二十九个省、市的多个地区推广应用，取得了良好的 地质效果和社会、经济效益。如图 3.3 所示，双频发送机向地下供以一定的双频电流， 双频接收机同时测量双频信号。 双频接收机主要包括以下部分： ⑴共同通道将高频和低频电位差同时放大； ⑵分选 通道将放大后的信号分选出高频电位差和低频电位差；⑶计算、显示部分。根据需要， 可以计算和显示出下列所有参数或其中部分参数。 高频振幅 AG 高频相位 G 高频实分量 RG 高频虚分量 IG 视幅频率 FS 低频振幅 AD 低频相位 D 低频实分量 RD 低频虚分量 ID 高、低频相对相位差
任何勘探方法都必须同时考虑地质效果和勘探成本。 双频激电法在兼顾这两方面有 明显的优越性，它可以用较低的成本获取较多的地质信息。根据实际的地质情况和勘探 任务，可以采用下列一种或几种观测系统： （一） 双频道幅频测量：以测量高、低频振幅为基础，如图 (3.4a) 所示，同时
测量高、低频率电位差的幅值 VG 和 VD，并计算视幅频率 FS
FS V D VG 100 % VD
(3.1.5)
这种观测系统轻便、观测速度快、信噪比高，精度高，可以作为普查的基本方法。
图 3.4 双频道振幅测量(a)和双频道相位测量(b)示意图
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（二）
双频道振幅——相位测量：除了同时测量双频振幅之外，还同时测量双
频率域激电法
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我们考察矿化岩石（体极化体）内一个小单元[图 3-1(a)]其中脉石矿物（1）实际上为绝缘体；离子 导电（裂隙水）通道（2）概括为两条：a——未被 电子导电矿物粒（3）堵塞的通道和b——被电子导 电矿物粒堵塞的通道。a通道只有纯电阻Ra；而b通 道除离子导体和电子导体内部的纯电阻Rb之外，还 串联有电子导电颗粒表面极化的等效阻抗ZIP。根 据式子
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•
• 主要假说都是基于岩石颗粒—溶液界面上双电层 分散结构和分散区内存在可以沿界面移动的阳离 子这一特点提出来的。 • 其有代表性的假说是双电层形变说。 • 现简述如下： • 双电层结构 • 由于阳离子交换特性，在岩石颗粒与周围溶液的 分界面上会形成这样一种双电层；
(3.9)
将阻抗Z(iω )和Z(0)对测量装置作归一化，计算电 阻率 K IU K Z ，则可得体极化条件下复电阻 率的表达式：
1 i 0 1 m 1 c 1 i
(3.10)
式中：ρ 0——频率为零时的电阻率； m ——极限极化率，亦称充电率； c ——表征复电阻率随频率变化程度的参 数，称为频率相关系数。
双频激电法野外工作手册
第一章前言双频激电法是在何继善院士发明的双频激电仪的基础上发展起来的一种频率域激电法，该方法曾在有色、地质、石油、煤炭、冶金等系统得到广泛应用，在普查找矿工作中发挥了重要作用。
随着双频激电法在我国地质矿产普查领域的普及，根据国家地质调查局的意见，为了实施规范化管理，进一步提高双频激电法的找矿效果，特编写本工作手册。
本手册的部分数据是依据2000年及2001年双频激电示范区的工作，以S-2型双频激电仪为例，结合我们以前在实际应用中所取得的成果得来的。
1.1 双频激电法的应用范围随着双频激电法在全国有色金属系统、冶金系统、地质系统、化工系统、基建工程兵部队和水电系统等地质队、物探队的推广使用，应用地区遍及全国各地，其中包括气候恶劣、气温变化很大的新疆、青海、甘肃，气候潮湿的福建、广东、广西，地形起伏剧烈的云贵高原，天气寒冷的东北三省及风沙严重的内蒙地区。
矿种涉及锡、铜、铅、锌、钨、锑、金、银、锰、铁等金属矿产和硫、磷、硼、煤等非金属矿产，并能解决工程、水文地质问题。
1.2 工作设计的编写工作设计是保证完成工作任务的作战方案和措施，没有设计和设计未经上级主管部门审查批准不得施工。
一般临时性零星突击工作、方法试验及矿点踏勘检查可不编写设计。
在接到任务后，应进行现场踏勘，收集工作区的各种有关资料，结合现场实际情况，组织编写工作设计。
新测区和新矿种的设计由于物探资料较少，依据不够充分，应酌情在方法试验的基础上进行编写。
矿区外围及面积较大的普查、详查工作应编写总体设计，根据总体设计逐年编写年度工作设计。
设计一经审批，不得更改。
在施工中发现设计有不符合实际的地方，应由施工单位提出修改意见，报上级有关部门审批，未经批准不得任意更改。
工作设计书应由物探技术人员本着文字简练、图件准确美观精神编写，主要内容参照国家地质调查局有关文件。
附件3。
1.3 工作报告的编写工作报告是总结物探工作的地质效果，进一步指导找矿的重要资料，必须认真严肃编写。
频率域激电在西南山区多金属矿调查中的应用效果
测 量 了区 内矿 （ ） 和背 景地 质体 等各 类岩 （ ） 化 体 矿 石 的物性 参 数 ， 发现 矿 化 体 与 地 质 背 景体 之 间的 幅频率 存在 明显 的差 异 ， 为双 频 激 电法 工作 的展 开 提供 了地 球物 理前 提 。
２ Ｏ世 纪 ７ Ｏ年 代 问世 以来 ， 以效 率 高 、 本 低 、 它 成
第 ３ 卷 ７
第 ６ 期
成 都理 工大 学 学报 （ 然科 学版 ） 自
Ｊ ＯＵＲＮＡＩ ＯＦ ＣＨＥ ＮＧＤＵ ＵＮＩ ＲＳ ＴＹ ＯＦ ＴＥ ＶＥ Ｉ ＣＨＮＯＬ ＯＧＹ （ ｃｅ ｃ Ｓ ｉｎ ｅ＆ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｅ ｉｏ ） ｃ ｎ ｌｇ ｄｔ ｎ ｉ
Ｖ １ ７ 。６ ｏ ３ Ｎ ． ．
与 此 同 时 ， 们 还 进 行 了 一 系 列 的 相 关 理 论 和 技 他
［ 者 简 介 ］李 华 （ ９ ） 男 ， 士 ， 程 师 ， 要 从 事 电 法 、 作 １７ 一 ， 硕 ９ 工 主 电磁 法等 地 球 物理 方 法 的 应 用 与研 究 ，
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装 置 轻 便 等 特 点 已 在 国 内 外 许 多 地 区 得 到 广 泛 应 用 口 ］ 特 别 是 在 中 国 西 部 高 原 、 区 地 形 条 件 复 ， 山 杂、 自然 条 件 恶 劣 的 地 方 进 行 矿 产 调 查 工 作 时 ， 有 着其他 地 球物 理勘 探方 法无 法 比拟 的优 点 。
系沉积 物测 量 、 高精 度地 面磁 测 、 感 解译 等工 作 遥 成果 ， 圈定 了 ２ １个 找矿重 点 区 。在进 一步 对各 重
罗延钟 时间域激电法和频谱激电法
时间域激电法TDIP和 频谱激电法SIP
中国地质大学电法科研组 罗延钟
时间域激电法TDIP（1）
• 时间域激电法是1950年代在 电阻率法基础上发展起来的 • 电阻率法通过供电电极A,B向 地下供入稳定电流I，同时观 测测量电极M,N之间的电位 M 差ΔU；然后计算视电阻率
频谱激电法SIP（复电阻率法CR） 的基本原理 I M 什么是SIP(复电阻率法CR)? A U B 电极装置：与常规电阻率法相同 N 供电电流：超低频交流电（f = 10-2 - n 102 Hz ) 观测内容：交变供电电流强度 I U (i) MN极间交变电位差 A ( ) U s 计算参数： s ( i ) K
• 在445－470点范围内获得1 号异常，其特点是： • 中等偏高的s（n·102 m） • 中等偏弱的ms（约10％） • 中等s（0.5－1 s） • 中等偏小的cs（0.25）。 • 这与试验剖面上3、4、6、7 和8号异常的特征相近。 • 异常出现在较深部位 （a=60米，n=5-8），且向 下未封闭，估计极化体埋藏 较深（大于200米）。推断 在200米以下可能有铜矿化 体。 • 从反映深度能力较强的s异 常在深部向西扩展，故推断 此矿化体是向西倾斜的。 • ZK1502和ZK1503钻探结果， 在100-249米以下普遍黄铁 矿化，并见到三层铜矿体， 累计厚度8米 。
根据视极化率的变化来推断地下极化体－－时间域激电法
我国激电法发展历史
• 时间域激电法试验研究结论“有矿就有异常” 因而成为金属矿勘查的最重要方法之一。 • 时间域激电法的主要问题是： 1. 装置笨重； 2. 存在大量非矿异常。 • 为解决装置笨重问题，发展了频率域激电法 但又产生新问题：3. 电磁耦合干扰。 • 为解决激电法两大问题 1. 电磁耦合； 2. 激电异常区分 发展了一种新的激电法－－频谱激电法。
频谱激电法资料
表 4.1 极化 变化情况 下的反演 果
率
结
理论曲线和反演曲线的拟合情况
图4.1 归 一 化 复 电 阻 率 的 反 演 实 分 量 频 谱 拟 合 曲 线
结论：在时间常数、相关系数及零频电阻率一定的时 候，极化率变化。理论曲线和反演曲线拟合很好，由此 说明反演理论上的正确性和可行性，可以有效提取谱参
• 国内
频谱激电法在我国是从 80 年代初期开始进行频谱激电 法理论研究的 。张赛珍等人从电子导体的激发极化的 电、化学机理出发，研究了各种过电位充、放电的特性 和频谱特性；1988年罗延钟从理论上证明了采用ColeCole 模 型 ，描述激电复电阻率频谱的合理性。
近些年来，激发极化法中分离激电效应与电磁耦合效应 以及对激电异常的评价所面临的两大难题还没有完全解
频谱激电谱参数物理意义及反演方法研究
START
内容
➢ 第一章 频谱激电简介 ➢ 第二章 本文研究的内容 ➢ 第三章 频谱激电谱参数的物理意义 ➢ 第四章 频谱参数最优化反演算法 ➢ 第五章 频谱激电谱参数反演分析 ➢ 第六章 结论与建议
第一章 频谱激电简介
• 发展历史
• 国际 频谱激电法(SIP)是上世纪70年代国际上发展起来的一种 新的激电分支方法 ，此 法观测视复电阻率， 故又称复电 阻率法(CR)。它的岩石复电阻率等效 模 型 最 为 著名的 是在20世纪70年代初期，K.S.Cole和R.H.Cole最早提出的 Cole-Cole 模型：
最小二乘问题（3-1）的法方程：
（3-2）
式中， 常数，故（3-2）式乃是关于 阶线性方程组。写成矩阵方程形式： （3-3）
是 的n
式中，系数矩阵：
是
阶矩阵，称为雅克比矩阵，其元素：
频谱激电法及其的研究的现状
p（6）） = pQ< \ -m 1--!———'
Klein and Sill发现GCC模型是模拟从人造含黏土砂岩中得到的SIP实睑数据最好的模
型， 4.理论模型: 3晰模型
$N9是一个物理概念模型, 模型比^<0^模型参数少, 对于二维三维的51卩 计 算更容易, 但是还需要对各种不同类型岩土进行实验来证明其适用性和 正确性。
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二.柯尔-柯尔模型的频谱特性
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三.谱激电法研究现状 _______ ・谱激电法资料处理 1. 正反演研究一一热点，反演主要集中 于去除电磁感应的复电阻率反演和包 含 电磁效应的复电阻率反演 2. “电磁耦合”效应处理一~多个ColeCole模型进行处理，近年来出现了 基于 Maxwell方程的复电阻率正反演，但并未 受到重视 •应用研究现状 目前谱激电法只是在世界上少数国家 （中国、美国、芬兰、澳大利亚、 加拿 大等）进行激电异常评价时得到应用，
为了识别“矿”与“非矿”异常（评价激电异常源）, 人们进行了多 方而的理论 和丈验研宂。尤其对激也频谱（二次场衰减曲线）的研宂是这 方而研宂的主流、
电法-激电法
B 高极化高阻脉体
与良导体相反。当极化体垂直激发场，虽 然对激发电流有排斥作用，但仍有一定数 量的电流通过，使极化体产生激电效应。 但二者平行时，绝大多数电流绕过高阻极 化体，极化较弱。主横剖面极化率比主纵 剖面更大些。
当脉状体走向与均匀场垂直时，利用主 横剖面上的ηs曲线按下式估算球体中心 深度： h0=0.5q h0=0.6m 式中q为曲线半极值点间距离，m为过拐 点切线的弦切距
Any question, please send e-mail to tanjunallan@
or QQ:272813431
矿产综合勘查技术
——激电法
谭 俊
激发极化法
激发极化法，简称激电法，是以地下岩、矿石在 人工电场作用下发生的物理和电化学效应（激发 极化效应）差异为基础的一种电法勘探方法。
（4）测地精度
（5）测线布置及测网精度
A 测线应尽量垂直于极化体的走向、地质构造方向 或垂直于其他物化探异常的长轴方向。极化体走向 有变化时，测线应垂直于其平均走向。极化体走向 变化较大时，应分别布置垂直于走向的测线，进行 面积性的工作。 B 测线应尽可能的与已有勘探线或地质剖面重合。 通过对比，可提高异常解释水平和成果的有效性。
不适宜的地理景观条件： 1) 地形切割剧烈、河网发育的地区 2) 覆盖层厚度大、电阻率又ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ（形成低电阻屏蔽干 扰），无法保证观测可靠信号的地区 3）无法避免或无法消除工业游散电流干扰的地区
3 适用范围
激发极化法目前主要用于勘查各种金属硫化 矿床、某些氧化物矿床、地下水，检查其他 物化探异常，有时还用于探测石油天然气。 某些有色金属、贵金属、稀有元素常与黄铁 矿化或其他矿化共存，因而可借以圈定有用 矿产的矿化带。
频谱激电法及其研究现状
频谱激电法及其研究现状频谱激电法（Spectral Induced Polarization，简称SIP）是一种地球物理勘探方法，可以用于研究地下岩石、土壤等介质的电荷传输和贮存特性。
通过测量和分析地下介质对不同频率电场的响应，可以获取有关介质中孔隙结构、电荷分布和电荷运动等信息。
频谱激电法的基本原理是利用交流电场在储存电荷的介质中的传输和衰减特性。
当交流电场通过介质时，电场强度会引起介质中的离子极化，并在电极表面形成极化电荷。
在频率较低的交流电场作用下，介质中的离子极化反应缓慢，导致电荷传输不易，称为电荷分离（或电荷耗散）过程。
而在频率较高的交流电场作用下，介质中的离子极化反应快速，导致电荷传输较为容易，称为电荷累积（或电荷储存）过程。
频谱激电法通过测量介质对不同频率电场的电阻率和电荷衰减情况，可以提取出介质的频谱响应曲线。
通常采用复电阻率（复阻抗）来表征介质的频谱响应，其中实部表示电阻率，虚部表示电势相位。
通过分析频谱响应曲线的变化，可以获得介质的复杂电荷分布和电荷传输特征，进而获得关于介质孔隙结构、含水含盐度、粒度分布、骨架电阻等物化特征的信息。
频谱激电法在地下水资源勘探、地下储层评价、环境地质调查等领域具有重要应用价值。
相对于传统的直流电法和电阻率法，频谱激电法能提供更多的物理信息，对介质微观特征的灵敏度更高，可以获得更丰富的地质工程和环境地球物理信息。
这也使得频谱激电法成为当前地球科学研究中的热点和前沿领域。
目前，频谱激电法的研究主要集中在以下几个方面：1.理论研究方面，包括基于电化学和介观物理原理的频谱激电法模型建立、复杂介质的频谱响应机理解析等。
通过理论模型的建立和分析，可以深入理解频谱激电法的物理机制，提高数据解释和解释效果。
2.实验研究方面，包括频谱激电法实验装置的研制、实验参数的优化、实验数据的采集和处理等。
通过实验研究，可以验证理论模型的可行性，提供可靠的实验数据支持。
3.应用研究方面，包括频谱激电法在地下水资源勘探、地质灾害预测、地下水污染调查等方面的应用。
《频率域激电法》课件
详细描述：频率域激电法的应用在一定程度上降低了矿 产资源勘探的成本，减少了传统勘探方法所需的钻孔数 量和勘探周期，提高了勘探效率。
在工程地质勘察中的应用
总结词
全面了解地质结构
抗干扰能力强
由于信号传输过程中具有稳定 性，频率域激电法在复杂环境 下仍能保持较高的测量精度。
测量速度快
通过预先设定频率，频率域激 电法能够快速完成大面积的测 量工作，提高工作效率。
适用范围广
频率域激电法不仅适用于金属 矿勘探，还可应用于非金属矿 、油气田、水文地质等领域。
频率域激电法的缺点
成本较高
智能化与自动化
随着人工智能和自动化技术的发展，频率域激电法的测量和数据处理 过程将更加智能化和自动化，提高工作效率。
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数据处理方法
频率域激电数据处理
01
数据滤波：提取有效信号，抑制干扰和噪 声
03
02
傅里叶变换：将时域信号转换为频域信号， 便于分析频率特征
04
反演计算
基于测量数据，通过反演算法计算地下电 性参数分布
05
06
确定地质异常体的位置和规模
结果解释与推断
结果解释
识别地质构造、矿体等异 常体
根据反演结果，推断地下 地质体的空间分布和规模
02
频率域激电法的基本原 理
电磁感应原理
变化的磁场产生电场
这是电磁感应的基本原理，当导体回 路中的磁场发生变化时，会在回路中 产生感应电动势。
频率域激电法的应用
双频道激电与传统激电的优点概述
双频激电法优于其他激电法的优点概述激发极化法简称为激电法，是寻找矿产资源最为有效的一种地球物理勘探方法，与电阻率类方法相比，其优越性表现为：只有电子导体才能引起明显的激电异常，地形或非极化岩石的不均匀性不会引起激电异常。
目前研究激电效应主要有两种：研究激电效应随时间变化规律的称为时间域激电；研究激电效应随频率变化规律的称为频率域激电。
两种激电法就物理本质而言是相同，由于二者所用的技术不同，在实际应用中又有诸多差异，时间域激电法装备笨重，野外工作成本高限制了它的大量应用，频率域激电法又由于精度低、速度慢，妨碍了它的推广。
在此条件下，为了更好的满足野外工作的需求，何继善院士在在1976年提出了“双频激电法”。
并于1978年初研制成功第一台双频激电仪。
双频激电法是目前惟一由中国人提出原理、由中国人发明仪器，在辽阔的中国国土上取得成功应用的电法勘探方法。
双频激电法的中心思想是把两种频率的方波电流叠加起来，形成双频组合电流，同时供入地下，接收来自地下的含有两个主频率的激电总场的电位差信息，经过仪器内部的放大、选频、检波等一系列步骤，一次同时得到低频电位差ΔV(ƒL)和高频电位差ΔV(ƒH),然后按着100%L H s H V V F V ∆-∆=⨯∆公式计算视频率Fs 。
为了更好的说明双频激电法的先进性，区别于时间域和其它频率域，特将双频的主要特点比较如下：双频激电法与时间域激电法的比较一、野外装备：时间域方法是研究二次电位随时间变化的方法。
我国最常用的参数是视极化率ηs，其精度主要由测量二次电位差ΔV2的精度决定，为了保证ΔV2的精度，在实际工作中必然使得供电电流足够大。
这样就得采用大功率的电源以满足供电要求，使得在野外工作时，装备十分笨重，也就使得时间域仪器局限在交通条件比较好的平原地带。
双频激电法的仪器在在野外使用时是测量激电总场的电位差，这样就使得在供电电流的要求上要小得多，在实际使用中只需要使用几块干电池即可，从而使装备大为轻便，特别适合于在交通不便、地形复杂的山区找矿。
双频激电法前言
双频激电法何继善著中国教育出版社出版谨以此书献给中国工程院成立十周年和在崇山峻岭中艰苦跋涉为祖国寻找宝藏的地质、和地球物理工作者前言电法勘探是包括很多方法的一种地球物理勘探方法，其中，人工场源的电法勘探，究其本质可以归纳为电阻率法、电化学方法和探地雷达法三大类。
而在电阻率法和电化学方法中，按测量方式又可分为时间域方法和频率域两种。
，作为一种重要的电化学方法，是寻找金属矿最为有效的一种地球物理勘探方法。
与电阻率类方法相比，其优越性表现为：只有电子导体才能引起明显的激电异常，非极化岩石的不均匀性或地形不会引起假异常。
时间域激电法装备笨重，野外工作成本高，限制了它的大量应用，频率域的本质优点是轻便和抗干扰能力强。
然而，由于历史的原因，最早是以变频法开始进行频率域激电工作，它的精度低，速度慢，在一定程度上妨碍了频率域激电的推广应用。
研究激电效应随时间变化规律的称为时间域激电，研究激电效应随频率变化规律的称为频率域激电。
时间域激电法的充放电时间特性本身就说明激电现象必然存在频率依从关系，这也就是说就方法原理而言，频率域激电法与时间域激电法是等效的。
但在实际应用中，由于二者所用技术不同，又有诸多差异。
早在1934年，斯密施——罗斯（Smith-Rose）在用交流电测量岩石电性时，就已经发现岩石的等效电导率是一个复量。
然而，由于技术的原因，在1950年以前所有激电法都是采用时间域测量。
1958年苏联专家柯马罗夫（ВАКомаров）来华讲学，将时间域激电方法法带到了中国。
那是单向长脉冲（一般为2分钟）供电、供电时测总场电位差、断电后测二次电位差，因而是时间域激电法。
因为当时我国只有这样一种技术，人们笼统地称它为激电法，而没有在前面加形容词。
引入变频激电法后，为了区别，人们将变频激电法又称为交流激电法，而将前者称为直流激电法。
后来的“直流”激电用了双向短脉冲供电，明显是交流了，再叫直流激电显得很不合适。
因为它是研究二次电位的时间依从关系，将它规范为“时间域激电”是必要的。
频率域激电技术规程
频率域激电技术规程频率域激电技术规程是指在电力系统中，针对频率域激电技术的应用及管理制度的一系列规范性文件。
频率域激电技术是一种用于电力系统的在线监测和故障诊断技术，广泛应用于发电厂、变电站、输电线路以及配电系统中，对于保障电力系统的安全稳定运行具有重要意义。
本规程旨在规范频率域激电技术的应用准则、设备选型、安装调试、故障诊断及数据分析等方面，以确保该技术在电力系统中的有效运用。
一、频率域激电技术概述频率域激电技术是一种通过实时监测电力系统中的频率响应，识别故障特征，对系统进行故障诊断和评估的技术手段。
通过对电力系统频率响应的分析，可以准确判断系统中可能存在的故障类型、位置和严重程度，为运维人员提供准确的故障信息，从而快速做出应对措施，确保电力系统的安全稳定运行。
二、频率域激电技术应用准则1. 针对不同类型的电力设备，确定频率域激电技术的监测频率和参数范围，并建立相应的技术数据库。
2. 制定频率域激电技术应用的标准流程和操作规范，包括设备监测、数据采集、故障诊断和分析等方面的详细操作要求。
3. 确定设备故障预警值和报警级别，建立故障预警及应急处理机制，确保故障发现后及时响应。
三、频率域激电技术设备选型1. 根据电力系统的实际情况和需求，选择合适的频率域激电技术监测设备，确保设备具备高精度、高灵敏度和高可靠性。
2. 参考相关技术标准和规范，对设备进行严格的技术评估和性能测试，确保满足电力系统监测和诊断的要求。
3. 为提高频率域激电技术设备的可靠性和可维护性，建立设备的定期检测和维护制度，确保设备长期稳定运行。
四、频率域激电技术安装调试1. 根据频率域激电技术设备的安装要求和技术规范，进行设备的合理布置和接线连接。
2. 对设备进行严格的校准和调试，确保监测数据的准确性和可靠性。
3. 执行设备安全用电规程，确保设备的安全运行并避免对电力系统的影响。
五、频率域激电技术故障诊断及数据分析1. 根据电力系统的实际运行情况，建立完善的频率域激电技术故障诊断与数据分析系统，实现数据的实时采集、存储和分析。
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1
x
RRa aRRb bRRc
(3.8)
由(3.7)式经过相当推演后，可将等效网络阻抗写成
ZiZ0 1m11i1c
(3.9)
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将阻抗Z(iω)和Z(0)对测量装置作归一化，计算电 阻率 KUKZ，则可得体极化条件下复电阻 率的表达式：I
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我们考察矿化岩石（体极化体）内一个小单元[图
3-1(a)]其中脉石矿物（1）实际上为绝缘体；离子
导电（裂隙水）通道（2）概括为两条：a——未被
电子导电矿物粒（3）堵塞的通道和b——被电子导
电矿物粒堵塞的通道。a通道只有纯电阻Ra；而b通 道除离子导体和电子导体内部的纯电阻Rb之外，还 串联有电子导电颗粒表面极化的等效阻抗ZIP。根
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图2.3
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岩石颗粒-溶液界面上双电层的结构
图2.4 岩石颗粒表面双层变形引起的激电效应
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• 在外电流作用下，岩石颗粒表面双电层分散区之 阳离子发生位移，形成双电层形变(图2.4，b)；
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• 1950年以前，所有的IP测量都是在时间域进行的。 1950年根据实验室的测量结果，科列特和赛格尔 提出了用不同频率的交流测量方式。维特大大地 扩展了这种方法的可能性，并在当年进行了成功 的实验
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(3.2)
Ra RbZIP
当前
ZIP11ixc 1i RxcR
(3.3)
R
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在频率ω=0时，ZIP=R，
Z0 RaRb R
(3.4)
Ra Rb R
在频率ω→∞时 ，ZIP→0，
Z RaRb
(3.5)
Ra Rb
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• 然而，实践中应用激电法又都是宏观地研究矿 体、矿带或地层等大极化体的激电效应。
•
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3 离子导体的激发极化成因
• 一般造岩矿物为固体电解质，属离子导体。
• 野外和室内观测资料表明，不含电子导体的一 般岩石，也能产生明显的激电效应。
• 关于离子导体的激发极化机理，所提出的假说 和争论均较电子导体的多，但大多认为岩石的 激电效应与岩石颗粒和周围溶液界面上的双电 层结构有关 (见图2.4,a)。
Ra Rb R
乃是从整个等效网络看，与电抗 ic 并联的电
阻——Ra和Rb
• 串联后再与R并联的总电1 阻。因为 ic 具有
电阻量纲，所以
x
R
c c
具有时间量纲，故称τ
为时间常数（这与“电阻R和电容C并联时，RC
具有时间量纲，且称为时间常数”相似）。
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i0 1m11i1c
(3.10)
式中：ρ0——频率为零时的电阻率； m ——极限极化率，亦称充电率； c ——表征复电阻率随频率变化程度的参 数，称为频率相关系数。
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·
参数τ的表达式(3.8)中方括号内的部分
Rc
Ra RbR
2 我国激电的发展
• 我国50~60年代基本上使用的是时间域（即 “直流”）激电法，其观测仪器较易制造，而 且由于通常是观测供电脉冲断开几百毫秒之后 的二次场，受电磁耦合的干扰较小，故工作 方法和解释理论都比较简单。但这种方法的装 备十分笨重，生产效率低、成本高。
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• 为了克服这些缺点，我国从70年代初期开始引进 频率域（即“交流”）激电法最初采用的是以观 测交变电流场幅值为基础的交频激电法。这种方 法至少要在两个频率上作观测，野外工作不便， 观测效率也很低。于是，接着又研制了以观测地 中交流电场（电位差）相对于交变供电电流之相 位移为主要参数的相位激电仪，开展相位激电法。 后一方法可以只在一个频率上作观测，这相对于 变频法是一个进步。
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• 主要假说都是基于岩石颗粒—溶液界面上双电层 分散结构和分散区内存在可以沿界面移动的阳离 子这一特点提出来的。
• 其有代表性的假说是双电层形变说。 • 现简述如下： • 双电层结构 • 由于阳离子交换特性，在岩石颗粒与周围溶液的
分界面上会形成这样一种双电层；
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2 面极化和体极化
• 在激电法的理论和实践中，为使问题简化，将岩、 矿石的激发极化分为理想的两类。
• 第一类 是“面极化”，其特点是激发极化均发 生在极化体与围岩溶液的界面上，如致密的金属 矿或石墨矿属于此类
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柯尔-柯尔模型的频率域表 达式及各分量表达式
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1 体极化的等效电路
（a）
பைடு நூலகம்
（b）
图3-1 矿化岩石极化单元(a)及其等效电路(b) 1-脉石矿物；2-裂隙水通道；3-电子导电矿物颗粒
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• 第二类是“体极化”，其特点是极化单元(指微 小的金属矿物、石墨或岩石颗粒)呈体分布于整 个极化体内，如浸染状金属矿石和矿化、石墨化 岩石以及离子导电岩石均属这一类。
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• 虽然每个小颗粒与围岩(胶结物)的接触面很小， 但它们的接触面积的总和却是很可观的。
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激电的发展状况
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1 国外激电的发展
• 法国科学家C.施伦姆贝格对发展电阻率法和 自然电位法作了许多工作，IP现象的发现也 应归功于他。他把这种现象命名为 “Polarisation Provoquée”(激发极化)， 简称PP。1920年在金属硫化物矿床上首次进 行了时间域测量。奇怪的是施伦姆贝格关于 激发极化的一些著作竟无人过问达15年之久， 而且也没有人想在实践中加以应用。必须承 认，它本人也并不打算利用自己的发现。在 当时的技术条件下，要精确地检测出微弱的 IP信号确实困难。加之施伦姆贝格又发现没 有矿体存在时也有或强或弱的IP现象出现。
• 当外电流断开后，堆积的离子放电，恢复平衡状 态(图2.4，c)，从而可以观测到激发极化电场。
• 双电层形变形成激发极化的速度和放电的快慢， 决定于离子沿颗粒表面移动的速度和路径的长短， 因而较大的岩石颗粒将有较大的时间常数(即充电 和放电时间长)，这是用激电法寻找地下含水层的 物性基础
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• 三十年代末期，苏联在油田测井中引入了IP法， 用以确定地层的渗透率。1941年达赫诺夫提出了 用这种方法勘探硫化矿的可能性。
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• 四十年代末期，差不多在施伦姆贝格发现激发 极化之后三十年，经过认真的，系统的研究， 最后才使得IP法同时在美国和苏联的勘探工作 中得到了利用。1946年纽蒙特勘探公司与新泽 西州的布坦射频实验室协作，着手研究IP现象。 1947到1952年期间他们完成了很多野外实验工 作。在1948到1954年期间，赛格尔导出了各种 形状体（其中包括层状体、接触带和岩脉）时 间域的IP响应公式。从1949年起维特对IP法进 行了许多研究，包括电容耦合和电磁耦合效应， IP响应随粒度，形状和取向的变化，以及由时 间域响应曲线向频率域响应曲线的转变。
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图2.1 一块黄铁矿化岩石标本的充电和放电过程 （实测曲线）封蜡法测定。标本横面积s=72厘米2；标
本厚度d=6厘米2；供电电流I=10毫安
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图2.2 黄铁矿标本的激电频率特性曲线 黄铁矿标本：颗粒大小0.84~2mm；0.01N的NaCl溶液5%
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频率域激电法的基本概念
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1 激电效应
• 做电阻率法时，人们常常发现，在向地下供入 稳定电流的情况下，仍可观测到测量电极间的 电位差随时间而变化（一般是变大），并经相 当时间（一般约几分钟）后趋于某一稳定的饱 和值；在断开供电电流后，测量电极间的电位 差，在最初某一瞬间很快下降，随后便随时间 相对缓慢的下降，并在相当长时间后（通常也 约几分钟）衰减接近于零（见图2.1）。这种在 充电和放电过程中，出现随时间缓慢变化的附 加电场的现象，在电法勘探中称为激发极化效 应，简称激电效应。
由此可计算极限极化率m
m Z 0 Z 0 Z (R aR R ba )R R (bR ) (3.6)
将(3.3)代入(3.2)式
Zi
Ra
Rb
R
1 ixc
R
(3.7)
R
Ra